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轨道交通用磁通切换直线磁悬浮电动机的研究

孙博韬  
【摘要】:针对磁悬浮列车驱动系统,提出一种六相混合励磁磁通切换直线磁悬浮电动机,在电机短动子上安装电枢绕组、永磁体、直流励磁绕组,而长定子上不包含绕组仅由铁心构成,避免沿整个轨道铺设绕组或永磁体,降低工程建造成本。六相的结构赋予了电机在发生断路故障时的容错性,降低电机发生故障造成事故的风险,并且通过六相定位力相互叠加削减了电机总定位力,很大程度上减小了电机运行时的振动与噪声。论文的主要内容如下:(1)提出六相混合励磁磁通切换直线磁悬浮电动机。研究此电机基本结构并根据磁通切换机理分析其运行机制,根据磁场调制理论分析其电磁推力的产生原理,推导出电机的数学模型,包括磁链、电压以及电磁推力方程。(2)六相混合励磁磁通切换直线磁悬浮电动机的设计。参考电机的通用设计方法总结出此类电机的设计流程,并推导出输出功率方程,初步确定电枢绕组与励磁绕组匝数、永磁体尺寸、动子与定子的极距比,根据电机设计流程对其进行调整得到电机的设计参数。(3)六相混合励磁磁通切换直线磁悬浮电动机的有限元仿真分析。应用ANSYS电磁场分析软件建立该电机的二维有限元模型进行仿真分析,得到电机的空载磁场分布并对反电势与磁链波形进行谐波分析。研究该电机混合励磁方式的调磁特性,验证其可控性以及应用在磁悬浮列车领域的可行性。(4)六相混合励磁磁通切换直线磁悬浮电动机的容错性分析。保证发生故障前后平均电磁推力相等,分别计算得到发生一相与两相断路故障下的补偿电流,对比补偿控制后与正常状态下的电磁推力平均值与其波动率,验证六相冗余结构的容错特性。


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